美国页岩气考察报告.ppt

美国页岩气工程技术考察报告,中国石油集团钻井工程技术研究院 2019年12月3日,石 林,前 言,2016年10月11-20日，由中石油勘探与生产分公司、长城钻探公司、川庆钻探公司、浙江油气田分公司、西南油气田分公司、钻井工程技术研究院等单位组团，赴美国EOG、BP、Schlumberger、Hallburton等公司进行了技术考察和交流，期间参观了Uinta盆地的压裂施工现场。 在考察与交流过程中，许多技术信息与理念给我们留下了深刻印象，值得我们借鉴与学习。,2,提 纲,一、美国页岩油气现状 二、钻完井工程技术进展 三、压裂工程技术进展 四、认识与建议,3,一、美国页岩油气现状,1、美国天然气来源结构逐步走向以非常规天然气为主,页岩气,致密气,从2009年起天然气来源结构发生根本性的变化，其中页岩气和致密砂岩气最重要。,4,致密油 非常规气 重油 油砂 常规油气,百万原油桶当量/天,Source: Rystad Energy, August 2016 Capex includes exploration, well, and facility capex,1、美国天然气来源结构逐步走向以非常规天然气为主,2015-2008年不同类型油气资源产量增减示意图,2015年相比2008年，美国只有非常规油气产量在增长,5,目前美国页岩油气(致密)的七个主要产区，Bakken、Niobrara、Marcellus、Utica、Permian 、Haynesville、Eagle Ford。 在2011年-2014年间，七大产区占到了美国原油产量增长的92%，占到了天然气产量增长的全部。,6,Marcellus马塞勒斯和Permian帕米亚两个盆地的油气当量产量领先，Permian帕米亚盆地被认为是全美最佳油气资源盆地之一,单位: Mboe/d,7,非常规资源的投资在行业中的占比增大,行业投资 ($Billions),15%,15%,21%,27%,28%,27%,30%,24%,常规油气,非常规油气,8,美国钻机活动数量和油价联系十分敏感,美国七大主要页岩油气盆地周活跃钻机数量,最新数据显示，截至2017年2月3日当周，美国钻机总数增加17座至729座，较去年同期增加158座，为2015年10月来最多，是欧佩克签署减产协议以来连续第13周增加。,美国石油钻井平台数通常被视为是石油行业的活动风向标。,9,一、美国页岩油气现状,2、美国页岩油气开发成本大幅降低,BP公司在页岩气开发中效益得到大幅提高,2016年工程成本低于10美元/桶，比开发初期降低了89% 2016年比2015年降了35%，其降低幅度之大令人惊奇,BP公司页岩油气开发成本变化情况示意图,10,水平段长 工程成本 压裂级数,BP公司在海内斯维尔页岩气田水平井变化趋势,水平段长 工程成本 压裂级数,11,2016年BP公司单井钻完井作业设备成本平均约20万美元，相比2010年的约65万美元，设备成本减少了70% 而这是在水平段长度增加101%、压裂级数增加233%、EUR增加400%的条件下实现的。,油公司在海内斯维尔作业设备成本对比,$K,12,EOG公司在较低油价下达到了较好的投资回报率。当油价在40美元时，大部分页岩油气田可达到15-30%的年投资回报率，而油价在50美元时，大部分页岩油气田的年投资回报率在40%以上，效益十分突出。,EOG公司在低油价下达到了较好的投资回报率,2、美国页岩油气开发成本大幅降低,13,该公司具有效益开发的边际油价在30美元左右，具有很强的全球竞争性,14,高效的成本控制-巴肯地区为例,平均钻井周期（水平段长平均为2560m）,单井完井成本（包括钻井、完井、井场设施和返排等）,15,技术措施：钻井优化、后勤保障机制、高效的地面设备、深入的地层认识、适用的化学过程、油气田整体开发等,=,+,+,+,降低桶油成本,+,提高采收率,钻井优化,后勤保障机制,高效地面设备,精细地层认识,适用的化学过程,油田整体开发,Harlliburton公司通过多种措施抵御了低油价冲击,2、美国页岩油气开发成本大幅降低,16,Harlliburton公司通过多种措施抵御了低油价冲击,哈里伯顿公司 通过技术进步、成本优化控制、裁员等手段克服了大量的破坏性影响。,平均桶油成本,2、美国页岩油气开发成本大幅降低,与客户结成伙伴，经济导向，实现双赢 通过技术进步为客户提供独特的机会，客户至上，共渡难关 以多种经营合作方式取得高市场份额，取得超过市场利率的利润率 可持续发展。,-7%,-32%,$/BOE,单井成本除以12个月累计产量后得到的桶油成本,17,提 纲,一、美国页岩油气现状 二、钻完井工程技术进展 三、压裂工程技术进展 四、认识与建议,18,二、钻完井工程技术进展,美国油气公司追求技术创新、方法创新以实现提效降本、提高产量。在效益创新和开发方式创新上的投资及取得的效果，远远超过以往。 在低油价下，新技术不断涌现，如: 优化布井技术、高效钻井技术、高密度完井技术等。技术管理办法不断创新，如: 充分发挥市场化机制，实施精细化管理等。使页岩油气开发成本不断降低，效率不断提高。,19,1、优化布井方式提高页岩储层采出率,EOG公司在Eagle Ford盆地，将井间距由300米减小到100米左右 试验重叠交叉的W型布井方式，井间距200-250英尺（60-76m）,100m,60-80m,现在,试验,未来,20,在Delaware盆地，结合高密度完井技术，井间距减小到130m左右,1、优化布井方式提高页岩储层采出率,Delaware盆地平均井间距,21,1、优化布井方式提高页岩储层采出率,Bakken盆地一个研究项目的布井方式优化试验 注: 由能源与环境研究中心和北达科他大学联合研究项目,在纵向上多层的优化布井，可最大程度地开发页岩储层。,22,通过改进布井方式及开采技术，在Eagle Ford增大了潜在储量，最 大化了净现值 2010年对640英亩的潜在储量评估为9亿桶油当量，2014年相同面积的储量评估升到32亿桶油当量，增加了244% 净现值由$2300万提高到$1.14亿，提高了400%。,1、优化布井方式提高页岩储层采出率,23,2、更多地采用长水平井（ 2500m），每年呈增加趋势,Lateral Length 水平段长ft,ROP ft/hrs,24,Eclipse公司旨在通过此项目变革Utica页岩油气成本结构和效益分布,Utica地区页岩， Purple Hayes 平台 钻井总进尺8244米，水平段长5652米，垂深2273米 钻井时间17.6天，一趟钻钻完整个水平段 压裂总长度5712米，压裂124段，用时23.5天，平均5.3段/天，每段5簇 施工排量11.92-12.7m3/min， 施工压力51.7-62.1MPa，支撑剂91t/段，液量811m3/段，连续加砂 桥塞射孔分段压裂模式，电缆泵送桥塞和射孔枪 钻完井总预算1580万美金（1.05亿人民币） 压后效果：气14.2万方/天，凝析油191方/天,超长水平井Purple Hayes 1H井取得重大突破,25,钻井过程中采用激进的钻井参数组合，提高钻井速度 持续优化钻井措施，“学习曲线”效果显著 选用高效双动力旋转导向工具 优化设计新型钻头 发展自动化智能钻井技术等,3、钻井过程中应用多种技术，持续提高钻井速度及效率，减少非生产时间，降低钻井周期,26,斯伦贝谢在两年时间内，水平段长增加近400m的情况下，平均钻井周期由53天降为28天，平均缩短20天，降幅近50%。,激进的钻井参数,- 采用高钻压、高转速、大排量，极大提高了钻井速度,27,斯伦贝谢2016年8-9月份钻井数据,单只钻头钻井进尺平均达到约3000m，机械钻速37-89m/hr，总平均机械钻速达到约60m/hrs以上。,激进的钻井参数,- 采用高钻压、高转速、大排量，极大提高了钻井速度,28,实例井,水平段81/2井眼,29,1,30,持续优化钻井措施，利用“学习曲线”强调经验学习,钻井周期在20天以内,97/8”技术套管 -PowerV vorteX,63/4”造斜段及水平段 -Archer -Orbit,- 鼓励每个井队在各个钻井阶段中能超越“3口井的平均水平”,31,可满足复杂井眼轨迹钻进，缩短钻井周期，缩短靶前距，增加油藏暴露面积,Barnett页岩水平井靶前距180m左右,研制应用高效旋转导向工具,高造斜率旋转导向系统，造斜率 15/30m 高效双动力旋转导向工具（VorteX附加动力旋转导向) Turbopower涡轮钻井工具,32,-33-,Smith公司新型页岩钻井Spear钻头,钢体式聚晶金刚石复合片钻头-Spear 钻头。具有高钻速、高稳定性、高造斜能力、高定向控制能力等。,优化设计新型钻头,斯伦贝谢斧型钻头,33,斯伦贝谢公司 主要钻井技术要点,激进的钻井参数：极大推动钻井提速: 钻压、转速、排量 双动力旋转导向工具：水平段附加动力旋转导向优势显著 大扭矩螺杆：在造斜段、水平段应用广泛 高效钻头：AxeBlade斧形PDC 低复杂及事故：降低井壁失稳和卡钻风险 适合的泥浆：油基泥浆摩阻系数低，有利于长水平井作业 高钻井时效：钻井速度及时效呈显著提高趋势 各方协作：各方共同目标提高钻井效率和速度,34,EOG服务公司钻井技术要点,强化钻井数据管理：数据参数每天及时传送 强调经验学习：鼓励每个井队在各个钻井阶段中能超越“3口井的平均水平” 非生产时间最小化 严格指标考核： 接单根时间：每次接单根时间都不能超过3分钟 起下钻：每1000米钻具不得超过1小时的时间，包括改变钻具组合的时间。 钻机设备的移动：昼夜不间断搬迁作业。井间钻机移动在2小时内完成（不倒钻杆） 尽可能快地下套管作业，节约清洗套管时间 离线固井：移动钻机设备时进行固井作业能节约3小时的时间 模拟下套管：减少通井过程，节约时间和成本，减少扩眼器的使用以及减少旋转系统的花费 钻头优选：在不同的应用中选择适合的牙齿的钻头 标准化：制作“钻井指南”，实现钻井队的标准化,35,4、自动化智能钻井钻井持续提速降本的有效途径,（1）地面智能化 智能钻机 智能钻机配套设备 （2）井下智能化 随钻测井及随钻前探 高速、大容量、双向数据传输通道和全井筒监测 井下智能导向钻井系统 （3）远程实时智能控制中心,36,5、精细化的管理和考核激励机制，有助于降低非生产时间，减少工程总体成本,实施精细化管理，涵盖 合同招标 原材料供应(如EOG公司实行压裂石英砂自供) 适用技术推广（定期筛选出作业表现最好的井推广应用） 地面设施等各方面 细化关键绩效指标考核标准，制定奖励机制，提高作业效率。,37,提 纲,一、美国页岩油气现状 二、钻完井工程技术进展 三、压裂工程技术进展 四、认识与建议,38,三、压裂工程技术新进展,压裂技术不断创新，压裂设计、压裂工艺、压裂工具、压裂新材料、评价方法等方面快速发展，能针对不同类型页岩储层、井型和开发需求，开发出有利于提高产量的配套技术，对带动北美页岩气开发技术体系起到决定性作用。,39,钻机数与平均每口井泵入支撑剂量的对比,美洲大陆钻机数,每口井泵入支撑剂量,单井水力压裂的强度持续增加,2014年第四季度以来，每口井泵入的支撑剂量增加了近84%。,40,每级泵入的支撑剂的量，自2014年第四季度以来增加了35%,每级泵入的支撑剂量的对比,总压裂级数,每级泵入的支撑剂量,单级水力压裂的强度持续增加,41,1、高密度完井方式提高单井产量,高密度完井技术是指在压裂时，使用多种技术措施使水平井段周围产生更密集的微地震事件，且更加靠近井筒，加强了裂缝的复杂性，增加了井与储层的有效接触面积。,42,高密度完井与低密度完井的产量对比,2014年47口采用高密度完井技术的井，其120天的产量比41口低密度完井技术的井的产量平均增加了30%以上,43,2、页岩气储层宽带压裂技术（BroadBand）,复合液体与转向剂、纤维配合，转向剂和纤维可自动降解 在地层和近井筒附近实现转向并强化封堵作用，提高压裂地层波及体积 主要应用在页岩气水平井分段压裂、重复压裂中,复合液体,转向剂,纤维,高导流裂缝系统,44,3、全通径的新型分段压裂工具,45,4、超细支撑剂技术,哈里伯顿的MicroScout 技术提供直径在30um的超细支撑剂 有效支撑微细裂缝，提高了裂缝的导流能力和动用范围，从而提高了单井产量，延缓了气井的递减 Woodford页岩储层应用，EUR增加了15-30%，产量增加了10-15%,MicroScout 技术产量对比分析图,46,5、转向压裂技术AccessFrac CF,Halliburton具有特色的化学转向技术体系、支撑剂特殊覆膜技术、聚合物合金支撑剂以及特色的液体、压裂设计及泵注程序等 可以均衡地改造储层，通过远场转向，控制裂缝半长，增加裂缝的复杂性，提高储层改造程度，提升改造效果。,47,提 纲,一、美国页岩油气现状 二、钻完井工程技术进展 三、压裂工程技术进展 四、认识与建议,48,四、认识与建议,1、美国页岩油气开发实践证明，通过控制钻井和压裂成本、提高单井产量，低油价下依然可获得良好的投资回报率，实现效益开发。,页岩气钻完井单井工程成本（含压裂）,同等条件下，我国页岩气单井工程成本比美国高30%以上。,49,2、钻井工程必须采取切实可行的多种技术，持续提高钻井速度及效率，减少非生产时间，降低钻井周期,美国近似水平井钻井周期中位数约20天左右,50,威202区块 威204区块 长宁区块 昭通区块,2016年长宁和昭通区块钻速下降显著，各区块钻井周期不减反增。,2、钻井工程必须采取切实可行的多种技术，持续提高钻井速度及效率，减少非生产时间，降低钻井周期,51,单项钻井指标差距较大,52,针对地层优化井身结构，尝试改变生产套管尺寸和完井方式，试验4-1/2生产套管，以尾管悬挂方式完井。 强化钻井措施，尝试采用比较激进的钻井参数组合，提高钻井速度，缩短钻井周期。争取缩短40%以上 开发与应用高效导向工具、新型钻头，实现水平段“一趟钻” 加强低成本高性能油基钻井液研究与应用，同时持续改进水基钻井液体系，完善水基钻井液应用条件。 加大水平段长度，试验长水平井的开发效果。分析储层的“适应性”，解决好当前常规水平井中出现的问题，精细规划按部就班推进。使水平段长度平均达到2000m以上。 引进试验油基岩屑干燥剂处理技术，实现简单无害化处理，减少环保压力。,2、钻井工程必须采取切实可行的多种技术，持续提高钻井速度及效率，减少非生产时间，降低钻井周期,53,3、深入油藏地层特性研究，在充分认识地质力学特性的基础上，优化布井方式，尝试多层共采，减少井间距，实施工程地质一体化，提高页岩储层采出率,尝试多层重叠交叉的W型布井方式，减少井间距，由目前的400m减少到100-200m，提高页岩储层采出率,实施工程地质一体化,W型布井方式,54,4、进一步优化压裂工艺，不断采用新技术、新材料、新工具，提高压裂增产效果,引进与研发宽带压裂工艺与材料、新型压裂工具 增加水平段压裂级数，增加单井压裂强度。争取单井压裂达到30级以上，每级泵入的支撑剂的量增加20%以上 试验高密度完井方式，加强近井地带裂缝的复杂性，提高单井产量 研究与试验重复压裂技术，评估重复压裂技术的可行性。在条件成熟的井上，进行重复压裂施工,55,5、发展自动化智能钻井技术，加快装备升级换代,国外钻井装备与技术发展很快，极大地推动了钻井的信息化、数字化、自动化和智能化，使钻井变得“更聪明” 国内钻井装备与技术发展相对缓慢，国内钻机的自动化程度差，智能化基本属于空白。我们应顺应科技发展趋势，推动钻井技术向智能化、自动化方向发展 发展与利用钻井大数据，优化钻井参数，提高“学习”效果,智能钻机与配套设备 随钻测井及随钻前探 高速、大容量、双向数据传输通道和全井筒监测 井下智能导向钻井系统 远程实时智能控制中心,56,5、发展自动化智能钻井技术，加快装备升级换代,钻井、压裂装备的优劣直接影响施工速度、安全和经济效益 钻井、压裂过程中对装备性能的要求越来越高，实现钻井提速要求的激进钻井参数，需要钻井装备做后盾,改进钻井设备 钻井泵， 易损件(缸套、凡尔） 高压循环系统 高效钻头 螺杆,改进压裂设备 压裂泵车 液力泵 齿轮传动系统 冷却系统 柱塞泵润滑系统,57,6、坚持管理创新，实施精细化的管理和考核激励机制，降低综合成本,要学习国外精益化管理的做法，必须树立钻井压裂等作业效率可大幅提高、单井产量仍可以进一步提高的理念 坚持市场化方针，推进精益化管理，完善以投资效益为导向的管理模式，项目管理人员要树立效益理念，坚持市场化方向，切实降低建井成本 定期晾晒井队操作性技术指标，提升井队作业效率，缩短学习周期。 建立考核指标，不断优化设计，优化作业程序，不断提升提效降本指标。 加强项目组织，理顺保障机制，加强配合与协作，尽可能保持连续施工，降低非生产时间,58,欢迎批评指正。,59,